KR100607218B1 - Method and apparatus for manufacturing metallic parts by injection molding from the semi-solid state - Google Patents
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Abstract
본 사출성형시스템은 금속이 용융되는 공급기(23)와 소정량의 용융금속이 투입되는 제1쳄버(30)를 포함한다. 제2쳄버(50) 내의 피스톤(46)은 우선 후퇴하여 흡인력을 발생시켜, 용융금속이 상기 제1쳄버로부터 제2쳄버로 들어올 수 있도록 하고 가스를 배출시킨다. 다음 유압기(32)가 상기 제1쳄버 내에 남아있는 얼마간의 용융금속을 제2쳄버로 밀어내며, 제2쳄버 내에 존재하는 가스를 배출시킨다. 그 다음 상기 피스톤은 제2쳄버로부터 금형(14)으로 용융금속을 사출한다. 상기 용융금속은 금형에 사출되기 전에 반고상 상태로 유지된다. The injection molding system includes a feeder 23 into which the metal is melted, and a first chamber 30 into which a predetermined amount of molten metal is injected. The piston 46 in the second chamber 50 first retracts to generate a suction force, allowing molten metal to enter the second chamber from the first chamber and evacuating the gas. The oil press 32 then pushes some of the molten metal remaining in the first chamber into the second chamber and discharges the gas present in the second chamber. The piston then injects molten metal from the second chamber into the mold 14. The molten metal is held in a semi-solid state before being injected into the mold.
Description
본 출원은 동일자로 출원된 출원번호 제09/160,330호 "미세 다이캐스팅에 의해 금속부품을 제조하는 방법 및 장치"와 관련된다.This application is related to Application No. 09 / 160,330, entitled “Method and Apparatus for Manufacturing Metal Parts by Fine Die Casting”.
본 발명은 금속부품을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히, 용융된 금속을 요변성(thixotropic) 상태에서 몰드내로 사출하는 것을 수반하는 공정에 의해 금속부품을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a metal part, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing a metal part by a process involving the injection of molten metal into a mold in a thixotropic state. .
용융금속으로부터 성형금속부품을 제조하는데 사용되는 종래의 한 방법은 다이캐스팅에 의한 것이다. 다이캐스팅 방법은 캐스팅하는 동안 액상의 금속을 사용하고, 결과적으로 이러한 방법에 의해 제조된 성형금속부품은 낮은 밀도를 가질 수 있다. 낮은 밀도를 가지는 성형금속부품은 기계적 강도의 감소, 높은 기공율 및 미세수축의 증가 등으로 인해 일반적으로 바람직하지 못하다. 따라서 종래의 성형금속부품을 정확하게 치수화하는 것은 어려울 뿐만 아니라, 일단 치수화가 되면 그 형상을 유지하는 것도 어렵다. 더욱이, 종래의 다이캐스팅에 의해 제도된 성형금속부품은 그 내부에서 유발된 탄성응력을 감소시키는데 어려움이 있다.One conventional method used to produce molded metal parts from molten metal is by die casting. The die casting method uses a liquid metal during casting, and as a result, the molded metal part produced by this method can have a low density. Low density molded metal parts are generally undesirable due to reduced mechanical strength, high porosity and increased microshrinkage. Therefore, it is difficult not only to accurately dimension a conventional molded metal part, but also to maintain its shape once dimensioned. Moreover, molded metal parts drawn by conventional die casting have difficulty in reducing the elastic stress induced therein.
일반적으로 성형금속부품을 제조하기 위한 요변성 방법(Thixotropic method)은 액상이 아닌 요변성 상태(반고상(semi-solid))로부터 금속을 사출성형함으로써 다이캐스팅 방법을 개량한 것이다. 결과물인 성형금속부품은 다이캐스팅 방법으로 생산된 것에 비해 큰 밀도를 가진다. 요변성 방법은 미국 특허 제3,902,544호 및 제3,936,298호에 개시되어 있는데, 이들은 모두 본 출원에 참조되어 합체되는 것으로 한다.In general, the thixotropic method for manufacturing molded metal parts is an improvement of the die casting method by injection molding a metal from a thixotropic state (semi-solid) rather than a liquid phase. The resulting molded metal part has a greater density than that produced by the die casting method. Thixotropic methods are disclosed in US Pat. Nos. 3,902,544 and 3,936,298, both of which are incorporated herein by reference.
요변성 상태에 있는 용융금속으로부터 성형금속부품을 제조하는 방법 및 장치는 또한 미국 특허 제5,501,226호 및 일본 특허공보 5-285626 및 5-285627에도 개시되어 있는데 이들 역시 본 출원의 선행기술로 포함된다. 금형압출기 내에서 제어 가열 및 전단변형에 의해 금속을 요변성 상태로 변화시키는 방법이 미국 특허 제5,501,226호, 제4,694,881호 및 제4,694,882호에 개시되어 있다. 이러한 특허문헌에 개시된 시스템들은 본질적으로 인라인(in-line) 시스템으로서, 이 시스템에서 사출성형의 목적을 위해 금속 합금은 금형압출기와 그것의 가압에 의해 요변성 상태로 변환된다. 이러한 모든 단계들은 하나의 원통형 하우징 내에서 수행된다. 단일 원통형 하우징 내에서는 모든 공정의 파라미터, 특히 온도, 사출부피, 압력, 시간 등을 정확하게 제어하기란 어려우며, 결과적으로 일관성없는 특성을 가진 성형금속부품들이 제조된다.Methods and apparatuses for manufacturing molded metal parts from molten metal in thixotropic states are also disclosed in US Pat. Nos. 5,501,226 and 5-285626 and 5-285627, which are also included in the prior art of this application. Methods for changing metals to thixotropic states by controlled heating and shear deformation in mold extruders are disclosed in US Pat. Nos. 5,501,226, 4,694,881 and 4,694,882. The systems disclosed in this patent document are essentially in-line systems in which the metal alloy is converted into a thixotropic state by means of a mold extruder and its pressing for the purpose of injection molding. All these steps are performed in one cylindrical housing. Within a single cylindrical housing, it is difficult to accurately control all process parameters, especially temperature, injection volume, pressure and time, resulting in molded metal parts with inconsistent properties.
더욱이, 이러한 시스템의 일부는 공급기로 공급되는 금속이 펠릿(pellet) 형태일 것을 요구한다. 결과적으로, 만약 그러한 시스템에 의해 바람직하지 않은 특성을 가진 성형금속부품이 제조된다면, 결함부품이 먼저 펠릿 형태로 개주(recast)되 지 않으면 결함 부품의 재활용이 불가능하다. Moreover, some of these systems require that the metal supplied to the feeder be in pellet form. As a result, if molded metal parts with undesirable properties are produced by such a system, it is impossible to recycle the defective parts unless the defective parts are first recast into pellet form.
본 출원 내용과 합체되는 것으로 본 발명자의 동시계류중인 출원으로서 1997년 6월 12일 출원된 출원번호 08/873,922에는 요변성 상태의 용융금속으로부터 성형금속부품을 제조하는 다른 개선된 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 용융금속으로부터 요변성 상태로의 변환은 금속이 금형으로 사출되는 위치와는 물리적으로 떨어진 위치에서 다른 조건들하에서 일어난다. Application No. 08 / 873,922, filed Jun. 12, 1997, which is a co-pending application of the present inventors, which is incorporated into the present application, discloses another improved method of manufacturing molded metal parts from molten metal in a thixotropic state Where the transformation from molten metal to thixotropic state occurs under different conditions at a location physically apart from the location at which the metal is injected into the mold.
성형금속부품을 제조하는 개선된 시스템, 즉 요변성 상태에 있는 용융금속으로 작업하며 작은 밀도 허용오차 범위내에서 특정 치수의 성형금속부품을 정확하게 제조할 수 있는 성형금속부품 제조방법이 요구된다. 나아가, 원하는 특성을 가진 성형금속부품을 일관성있게 생산할 수 있고 결함부품을 쉽게 재활용할 수 있도록 하는 성형금속부품 제조방법이 요구된다. 더 나아가, 마그네슘과 같은 경금속으로 이루어진 성형금속부품을 제조하는 개선된 방법이 요구된다.There is a need for an improved system for manufacturing molded metal parts, i.e. a method for manufacturing molded metal parts that can work with molten metal in thixotropic conditions and accurately produce molded metal parts of specific dimensions within a small density tolerance. Furthermore, there is a need for a method of manufacturing molded metal parts that can consistently produce molded metal parts having desired characteristics and to easily recycle defective parts. Furthermore, there is a need for an improved method of manufacturing molded metal parts made of light metals such as magnesium.
본 발명의 목적은 용융금속을 금형으로 사출함으로써 성형금속부품을 제조하는 방법과 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for manufacturing molded metal parts by injecting molten metal into a mold.
본 발명의 다른 목적은 요변성 상태의 용융금속을 사용하여 작업하며, 작은 밀도 허용오차범위내에서 성형금속부품을 정확한 치수로 제조할 수 있는 성형금속부품을 제조하기 위한 개선된 사출성형시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an improved injection molding system for manufacturing molded metal parts which can work with molten metal in thixotropic state and can produce molded metal parts with accurate dimensions within a small density tolerance. It is.
본 발명의 또 다른 목적은 일관된 방법으로 원하는 특성을 가진 금속부품을 제조할 수 있는 성형금속부품용 사출성형시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an injection molding system for molded metal parts which can produce metal parts having desired characteristics in a consistent manner.
본 발명의 또 다른 목적은 금형 내로 사출하기에 앞서 용융금속 내에 포획된가스의 양을 최소화하는 사출성형시스템을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an injection molding system which minimizes the amount of gas trapped in the molten metal prior to injection into the mold.
본 발명의 또 다른 목적은 특별히 매끄러운 표면을 가진 성형금속부품을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a molded metal part having a particularly smooth surface.
본 발명의 또 다른 목적은 알려진 다이캐스팅과 요변성 방법에 의해 제조된 부품에 비해 기공이 감소된 성형금속부품을 제공하기 위한 것이다.It is yet another object of the present invention to provide molded metal parts with reduced porosity compared to parts produced by known die casting and thixotropic methods.
본 발명의 또 다른 목적은 채색되기 전에 별도의 부가공정이 필요하지 않는 성형금속부품을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide molded metal parts which do not require a separate additional process before being colored.
본 발명의 또 다른 목적은 결함이 있는 성형금속부품을 쉽게 재활용할 수 있는 성형금속부품을 제조하기 위한 사출성형시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an injection molding system for manufacturing molded metal parts that can easily recycle defective molded metal parts.
이러한 일련의 목적들은 공급구를 통해 용융금속을 제1쳄버로 투입하는 단계, 상기 용융금속의 적어도 일부가 상기 제1쳄버를 통해 배출구로 흐르도록 하는 단계, 상기 용융금속의 적어도 일부를 제2쳄버내에서 발생된 흡인력에 의해 상기 배출구를 통해 제2쳄버로 끌어들이는 단계, 상기 제1쳄버에 남아있는 용융금속의 적어도 일부를 상기 제2쳄버로 밀어내는 단계, 및 상기 용융금속을 제2쳄버로부터 금형내로 사출하는 단계를 포함하는, 성형금속부품 제조를 위한 개선된 사출성형방법에 의해 달성된다.This series of objectives comprises the steps of introducing molten metal into a first chamber through a feed port, causing at least a portion of the molten metal to flow through the first chamber to an outlet, and at least a portion of the molten metal into a second chamber Drawing into the second chamber through the outlet by the suction force generated therein, pushing at least a portion of the molten metal remaining in the first chamber into the second chamber, and pushing the molten metal into the second chamber By an injection molding process from a mold into a mold.
상기 개선된 시스템은 금속이 용융되는 공급기를 포함한다. 용융금속은 상기 공급기로부터 공급구를 통해 제1쳄버로 흐른다. 상기 용융금속의 적어도 일부는 흡인력에 의해 상기 제1쳄버에서 제2쳄버로 연통되어 있는 배출구를 통해 제2쳄버내로 끌려 들어온다. 상기 제1쳄버의 유압기는 남아있는 용융금속의 일부를 제1쳄버로부터 제2쳄버와 연결되어 있는 배출구를 통해 밀어내고, 그것에 의해 제2쳄버내에 있는 용융금속과 피스톤(통상 "플런저"라 함) 사이에 축적되어 있던 가스를 배출시킨다. 유압기에 의해 제2쳄버로 구동되는 용융금속으로부터 미치는 압력은 용융금속과 피스톤 사이의 가스가 피스톤을 지나 상기 피스톤과 제2쳄버의 벽 사이에 있는 작은 공간을 통해 흐르도록 한다. 그러면 제2쳄버 내의 피스톤은 실질적으로 가스가 포함되어 있지 않는 용융금속을 금형속으로 사출한다. 사출에 앞서, 제2쳄버 내의 피스톤은, 흡인력을 발생시켜 제1쳄버로부터 용융금속을 끌어들이는 동시에 사출에 앞서 제2쳄버 내에 담기는 용융금속의 부피를 금형부품의 크기와 정확하게 대응하도록 조절하기 위해 후퇴한다.The improved system includes a feeder in which the metal is melted. Molten metal flows from the feeder through the feed port to the first chamber. At least a portion of the molten metal is drawn into the second chamber through an outlet port in communication with the second chamber from the first chamber by a suction force. The hydraulic pressure of the first chamber pushes a portion of the remaining molten metal out of the first chamber through an outlet connected to the second chamber, whereby the molten metal and piston (commonly referred to as "plunger") in the second chamber are The gas accumulated in between is discharged. The pressure from the molten metal driven by the oil pressure to the second chamber causes the gas between the molten metal and the piston to flow through the piston and through the small space between the wall of the piston and the second chamber. The piston in the second chamber then injects molten metal that is substantially free of gas into the mold. Prior to injection, the piston in the second chamber generates suction to draw the molten metal from the first chamber while simultaneously adjusting the volume of molten metal contained in the second chamber prior to injection to exactly match the size of the mold part. To retreat.
전술한 방법과 시스템은, 사출부피가 피스톤의 위치에 따라 결정되고 용융금속 내에 부피기준으로 20%까지 존재가능한 가스를 용융금속의 사출 전에 유압기의 전진 구동에 의해 강제로 방출시키기 때문에 사출부피를 중량기준 ±0.5% 이하로 매우 정밀하게 제어한다. The above-described methods and systems provide weight for the injection volume because the injection volume is determined by the position of the piston and forcibly releases gas which can be present in the molten metal by volume by 20% by the forward drive of the hydraulic machine before injection of the molten metal. Very precise control below ± 0.5%.
또한, 본 발명의 방법은 현재의 요변성 공정에 의해 성형되는 부품보다 더 선호되는 요변성 재료 부품을 성형하는데 사용될 수 있다. 그것들은 일반적으로 더 정확한 성형부피와 매끈한 표면을 얻으면서 성형후공정(post-molding processing)은 덜 요구한다. 이것은 많은 제작공정에 걸쳐서 안정된 생산공정을 가져다 준다.In addition, the method of the present invention can be used to mold thixotropic material parts that are more preferred than those molded by current thixotropic processes. They generally require less post-molding processing while obtaining more accurate molding volumes and smooth surfaces. This results in a stable production process over many manufacturing processes.
덧붙여, 본 발명의 방법은 21.0cm × 29.7cm, 두께 1mm 미만인 사각형상(이것은 대략 DIN규격 A4 용지의 사이즈이다)의 부품 및 더욱 복잡한 구조를 가진 부품과 같이 극히 미세한 치수의 성형부품을 제공할 수 있다.In addition, the method of the present invention can provide molded parts of extremely fine dimensions, such as components of 21.0 cm x 29.7 cm, rectangular shapes less than 1 mm thick (approximately the size of DIN standard A4 paper) and parts with more complex structures. have.
본 발명의 추가적인 목적과 이점들은 후술될 것이다. 본 발명의 목적과 이점들은 첨부된 청구항에서 특히 지적된 수단과 조합들에 의해 달성되고 얻어질 수 있다. Additional objects and advantages of the invention will be described later. The objects and advantages of the invention may be achieved and attained by means and combinations particularly pointed out in the appended claims.
본 발명은 다음 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.The invention is explained in detail with reference to the following figures.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형시스템의 개략적 측면도이다.1 is a schematic side view of an injection molding system according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 유압기에 있는 밸브의 일 실시예를 나타낸 측면도로서, 용융금속이 밸브의 오른쪽 지점으로 유동하는 것을 방지하는 위치 상태를 도시한 것이다.FIG. 2A is a side view of one embodiment of a valve in an oil press, showing a positional state that prevents molten metal from flowing to the right point of the valve.
도 2b는 유압기에 있는 밸브의 일 실시예를 나타낸 측면도로서, 용융금속이 밸브의 오른쪽에서부터 왼쪽으로 유동할 수 있는 상태를 도시한 것이다.Figure 2b is a side view showing an embodiment of the valve in the hydraulic, showing a state that the molten metal can flow from the right side of the valve to the left side.
도 2c는 유압기에 결합되지 않은 밸브의 일 실시예를 나타낸 정면도이다.2C is a front view of one embodiment of a valve that is not coupled to an oil pressure.
도 2d는 유압기에 결합되지 않은 밸브의 일 실시예를 나타낸 측면도이다.Figure 2d is a side view showing one embodiment of a valve that is not coupled to the hydraulic.
도 3은 공급탱크의 다른 실시예를 나타낸 측면도이다.3 is a side view showing another embodiment of the supply tank.
도 4a는 노즐에 대해 유출을 정지시키는 다이 플레이트를 포함하는 노즐 차단판의 실시예를 나타낸 측면도이다.4A is a side view illustrating an embodiment of a nozzle block plate including a die plate that stops outflow with respect to the nozzle.
도 4b는 다이 조립체에 노즐을 수납하기 위한 오목부를 포함하는 노즐 차단판의 다른 실시예를 나타낸 측면도이다.4B is a side view of another embodiment of a nozzle barrier plate including a recess for receiving a nozzle in a die assembly.
도 4c는 노즐 차단판을 유도하기 위한 수납슬롯을 가진 다이 조립체의 다른 실시예를 나타낸 정면도이다.4C is a front view of another embodiment of a die assembly having a receiving slot for guiding a nozzle blocker.
도 4d는 노즐 차단판을 위한 차단판 가이드와 드라이브 조립체의 측면도이다.4D is a side view of a barrier plate guide and drive assembly for a nozzle barrier plate.
도 5a는 금속 잉곳을 본 발명의 장치에 장입시키기 위한 장입 시스템의 실시예를 나타낸 평면도이다.5A is a plan view of an embodiment of a charging system for charging a metal ingot into the apparatus of the present invention.
도 5b는 밀폐 도어를 포함하는 장입 시스템의 다른 실시예를 나타낸 측면도이다.5B is a side view of another embodiment of a charging system including a closed door.
도 5c는 진공펌프를 포함하는 장입 시스템의 다른 실시예를 나타낸 측면도이다.5C is a side view of another embodiment of a charging system including a vacuum pump.
도 5d는 불활성가스 스크린을 포함하는 장입 시스템의 실시예를 나타낸 측면도이다.5D is a side view of an embodiment of a charging system including an inert gas screen.
도 5e 내지 5h는 금속 잉속을 본 발명의 장치에 장입시키기 위한 장입 시스템의 다른 실시예를 나타낸 평면도들이다.5E-5H are plan views of another embodiment of a charging system for charging metal fluxes into the apparatus of the present invention.
도 5i는 금속 잉속을 본 발명의 장치에 장입시키기 위한 장입 시스템의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.5I is a perspective view of another embodiment of a charging system for charging metal fluxes into the apparatus of the present invention.
도 5j는 금속 잉곳을 장입 시스템의 컨베이어로 수송하기 위한 승강기를 나타낸 측면도이다.5J is a side view illustrating an elevator for transporting a metal ingot to a conveyor of a charging system.
도 6은 실질적으로 수직인 출구봉쇄막대를 사용하는 공급기의 실시예를 나타낸 측면도이다.6 is a side view of an embodiment of a feeder using a substantially vertical outlet containment rod.
도 7a는 본 발명에 따라 유압기 주위의 지지핀을 포함하는 사출성형시스템을 나타낸 개략적 측면도이다. 7A is a schematic side view of an injection molding system including a support pin around a hydraulic press according to the present invention.
도 7b 내지 7g는 상기 지지핀들의 배열을 나타낸 단면도 및 사시도이다.7B to 7G are cross-sectional views and perspective views illustrating the arrangement of the support pins.
도 8a 내지 8d는 이분할 피스톤을 가진 사출쳄버의 실시예를 나타낸 측면도이다.8a to 8d are side views illustrating an embodiment of an injection chamber having a bipartisan piston.
도 9는 종래의 사출노즐에 있어서 플러그 형성을 나타낸 측면도이다.9 is a side view showing the plug formation in the conventional injection nozzle.
도 10은 배출구를 포함하는 사출쳄버의 실시예를 나타낸 측면도이다.10 is a side view showing an embodiment of an injection chamber including an outlet.
도 11a-11b는 피스톤 동작의 다른 방법을 나타낸 측면도이다.11A-11B are side views illustrating another method of piston operation.
도 12a-12b는 이분할 유압기를 포함하는 통의 실시예를 나타낸 측면도이다.12A-12B are side views of an embodiment of a canister including a two split hydraulic press.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 금속합금은 마그네슘(Mg) 합금 잉곳(ingot) 또는 펠릿이 용융된 후 요변성 상태(thixotropic state)에서 가공되어 사출성형에 의해 제조된다. 본 발명은 마그네슘 합금의 제조에 한정되지 않으며 다른 유형의 금속, 합금 및 재료에 동일하게 적용가능하다.Referring to the preferred embodiment of the present invention. The metal alloy is manufactured by injection molding by processing in a thixotropic state after melting a magnesium (Mg) alloy ingot or pellets. The invention is not limited to the manufacture of magnesium alloys and is equally applicable to other types of metals, alloys and materials.
여기서 사용된 "용융금속"과 "용융재료"라는 용어는 금속, 금속합금 및 요변성 상태로 변환되어 사출성형시스템에서 가공될 수 있는 다른 적절한 재료들을 포괄한다. 그러한 금속들의 넓은 범위는 잠재적으로 본 발명에 있어서 유용하며, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 아연(Zn), 아연 합금 등을 포함한다.As used herein, the terms "molten metal" and "melt material" encompass metals, metal alloys, and other suitable materials that can be converted into thixotropic states and processed in an injection molding system. A wide range of such metals is potentially useful in the present invention and include aluminum (Al), aluminum alloys, zinc (Zn), zinc alloys, and the like.
다른 언급이 없는 한 여기서 언급된 명사들은 하나 또는 그 이상의 복수의 의미를 포함한다. Unless stated otherwise, nouns mentioned herein include one or more meanings of plural.
또 다른 언급이 없는 한 "가스"란 용어는 작업시작시 사출쳄버내에 존재가능하며 사출쳄버내에 포획되어 본 발명의 시스템이 동작하는 동안 배출되는 임의의 가 스(공기 포함)를 말한다. Unless otherwise stated, the term "gas" refers to any gas (including air) that may be present in the injection chamber at the start of work and trapped in the injection chamber and discharged during operation of the system of the present invention.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 특정 온도 및 온도 범위는 요변성 상태에서 Mg합금을 가공하기 위한 바람직한 실시예에 적용가능하지만, 본 기술분야에 속하는 당업자에 의해 요변성 상태에 있는 다른 금속 및 금속 합금을 수용하기 위해 본 발명의 요지에 따라 쉽게 변형가능하다. 예를 들어, 일부 Zn합금은 450℃ 이상에서 액상이 되고 380℃-420℃에서 요변성 상태가 되는데, 요변성 상태의 Zn합금을 가공하기 위해 본 발명의 사출성형시스템의 온도는 조정될 수 있다. Certain temperatures and temperature ranges cited in the detailed description of the present invention are applicable to preferred embodiments for processing Mg alloys in thixotropic conditions, but other metals and metal alloys in thixotropic states by those skilled in the art. Easily deformable in accordance with the teachings of the present invention to accommodate. For example, some Zn alloys become liquid at 450 ° C. or higher and thixotropic at 380 ° C.-420 ° C. The temperature of the injection molding system of the present invention can be adjusted to process the thixotropic Zn alloy.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 사출성형시스템(10)을 도시한 것이다. 상기 시스템(10)은 Mg합금 조각 또는 잉곳(18)이 약 250℃로 예열되는 예열탱크(19)를 포함한다. 컨베이어 벨트(20)는 예비 가열된 Mg합금 조각 또는 잉곳(18)을 유지탱크(12)로 이송한다. 다른 이송수단이 사용될 수 있다. 나사부가 형성된 스크류(21)로 도시된 계량장치는 Mg합금 조각 또는 잉곳(18)을 공급기(23)로 공급한다. 공급기(23)에는 그 외주면에 위치하는 적어도 하나의 가열요소(25)가 구비된다. 상기 가열요소(25)는 종래 임의의 타입이 될 수 있으며 상기 공급기(23)를 통해 공급되는 금속합금을 액상으로 유지시키기에 충분하도록 상기 공급기(23)를 높은 온도로 유지시키기 위해 동작한다. Mg합금 잉곳의 경우, 이 온도는 대략 600℃ 또는 그 이상이 될 것이다. 두 개의 레벨감지기(22)는 공급기(23) 내에서 용융금속의 최소 또는 최대 레벨을 감지한다. 상부 레벨감지기(22)가 용융금속이 최대점까지 상승한 것을 감지하면, 그 신호를 마이크로프로세서 제어유니트(미도시)로 보내고 이것은 스크류(21)가 투여하는 것을 정지하도록 지시한다. 하부 레벨감지기(22)가 용융금속의 레벨이 최소점까지 고갈된 것을 감지하면, 그 신호는 제어유니트로 전달되고 이것은 스크류(21)를 동작시켜 더 많은 Mg합금이 공급기(23)로 공급되도록 한다. 1 shows an
바람직하게, 한 번의 사출사이클(또는 사출)에 필요한 부피의 20배 정도를 공급할 수 있도록 충분한 금속이 공급기(23) 내에 유지되어야 한다. 이것은 한 번의 사출사이클에 필요한 금속을 용융시키는데 필요한 시간이 사출사이클 시간보다 길기 때문이며, 바람직하게 상기 시간은 약 30초이다.Preferably, sufficient metal should be maintained in the
상기 공급기(23)는 용융되는 동안 Mg합금 조각(18)이 통과해 떨어지는 것을 막을 수 있을 정도로 충분히 작은 구멍이 형성된 격자형태의 필터(24)를 더 포함한다. 이것은 공급기(23)가 최초로 시동될 때 주요 관심사가 된다. 그런 후, 비록 나중에 큰 조각이 투입되더라도 걱정없이 합금 조각은 용융조(molten bath)로 떨어져 용융될 것이다. 공급기(23) 내에 상기 가열요소(25)로부터 공급기(23)로 공급된 금속에 대해 열을 균일하게 분포되도록 할 목적으로 혼합기(미도시)가 포함될 수 있다. The
상기 공급기(23), 예열탱크(19) 및 그 들 사이의 모든 구성요소들은 상기 예열되어 용융된 금속의 산화를 최소화하기 위해 불활성가스 분위기를 포함한다. 이산화탄소(CO2)와 육플루오르화황(SF6)의 혼합가스가 바람직하다. 그러나, CO2, SF6, 질소 또는 아르곤과 같은 다른 종류의 가스들도 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 욕조 상부에 불활성가스 분위기를 만들기 위해 불활성가스를 (예컨대, 압력탱크로부터) 포트(11)를 통해 공급기(23)로 투입할 수 있다. 뿐만 아니라 산화를 최소화 하기 위해 상기 불활성가스도 스크류 주위를 돌아 예열탱크(19) 내로 투입될 수 있다. 따라서 상술한 공급시스템 전체가 불활성가스 분위기 하에서 유지되는 것이 바람직하다. The
용융금속은 스토퍼(미도시)로 작용하는 밸브가 선택적으로 구비될 수 있는 공급구(27)를 통해 중력에 의해 온도제어가 되는 통(30)속으로 순차적으로 공급된다. 바람직하게는 밸브가 구비되지 않는다. 유압기(32)는 상기 통(30)과 동축으로 배치되며 상기 통(30)의 중심축을 따라 연장되어 있다. 상기 유압기(32)의 외경은 상기 통(30)의 내경보다 작아서 용융금속이 상기 유압기(32)와 통(30) 사이의 공간으로 유동할 수 있다. 또한 상기 유압기(32)는 모터(33)에 의해 통(30)을 따라 전진과 후퇴하는 축방향 운동과 통(30) 내의 용융금속을 교반할 필요가 있을 경우 그 축에 대한 회전운동이 제어된다. Molten metal is sequentially supplied into the
밸브(17)는 상기 유압기(32)의 외주면 주위에 장착되어 상기 통(30)을 상부쳄버와 하부쳄버로 각각 구분한다. 상기 밸브(17)는 상기 통(30)의 상부 및 하부쳄버 사이의 금속 유동을 선택적으로 개폐한다. 그러한 기능을 가진 적절한 밸브는 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있으며 본 발명의 목적에 부합되도록 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 밸브(17)는 통(30)의 내주면 상에는 마찰에 의해 장착되며, 상기 유압기(32)의 외주면 상에는 슬라이딩 가능하도록 장착되어, 예컨대 유압기(32)가 통(30) 내에서 상방으로 후퇴할 때 밸브(17)는 유압기(32)에 대해 상대적으로 이동하여 그것을 통해 용융금속이 유동되도록 하고, 또한 유압기(32)가 통(30) 내에서 하방으로 전진할 때 상기 밸브(17)는 유압기(32)에 대해 상대적으로 이동하여 그 흐름을 차단하도록 한다. The
도 2a는 용융금속이 밸브의 상류지점(밸브의 오른쪽)으로 흐르는 것을 막고 있는 상태에 있는 유압기 상의 밸브의 일 실시예를 보여주는 측면도이다. 도 2b는 용융금속이 밸브의 하류지점(밸브의 왼쪽)으로 흐르도록 허용하는 상태에 있는 유압기 상의 밸브의 일 실시예를 보여주는 측면도이다. 도 2c는 유압기에 결합되지 않은 밸브의 실시예를 나타내는 정면도이다. 도 2d는 유압기에 결합되지 않은 밸브의 일 실시예를 나타낸 측면도이다. FIG. 2A is a side view showing one embodiment of a valve on an oil press that is in a state of preventing molten metal from flowing upstream of the valve (right side of the valve). FIG. FIG. 2B is a side view showing one embodiment of a valve on an oil press in a state that allows molten metal to flow downstream of the valve (left side of the valve). FIG. 2C is a front view illustrating an embodiment of a valve that is not coupled to the oil pressure. Figure 2d is a side view showing one embodiment of a valve that is not coupled to the hydraulic.
도 2a의 폐쇄위치에서, 밸브(17)의 후단부(17b)는 상기 유압기(32)의 몸체(32b)에 맞닿아 있다. 이 위치에서 유동의 차단은 상기 유압기(32)가 하부쳄버에 있는 금속을 (도 2a와 같이) 상부쳄버로의 역유동 없이 배출구(37)(도1 참조)를 통해 사출쳄버(50) 내로 밀어낼 수 있도록 한다. 도 2B의 개방위치에서, 밸브(17)의 전단부(17a)는 유압기(32)의 헤드(32a)와 맞닿아 있다. 이 상태에서 밸브(17)의 전단부(17a)는 나사부 사이에 형성된 갭을 가지고 있고 밸브(17)를 통한 유동은 이러한 갭을 통해 일어나므로 금속은 밸브를 통해 유동할 수 있다. 결과적으로, 밸브(17)가 개방위치에 있을 때 상부쳄버의 금속은 하부쳄버로 유동하여 모이게 된다. In the closed position of FIG. 2A, the
도시된 바와 같이 상기 유압기(32)는 뾰족한 팁을 가지지만 무딘 또는 둥근 팁을 포함하는 임의의 형상이 채용될 수 있다. 바람직하게, 상기 유압기(32)의 팁은, 유압기(32)가 통(30) 내로 완전히 전진하면 통(30)과 사출쳄버(50) 사이의 용융금속이 유동하는 것을 막기 위해 배출구(37)를 폐쇄할 수 있는 형상을 가진다. 사출 하는 동안, 바람직하게 유압기(32)는 통(30) 내로 완전히 전진하여 배출구(37)가 폐쇄된다. 그러나, 밸브(17)와 통(30)의 하부쳄버를 차지하고 있는 용융금속 또한 사출하는 동안 용융금속이 제2쳄버를 떠나는 것을 막기 때문에 상기 유압기(32)가 완전히 전진할 필요는 없다. 사출 후에, 유압기(32)는 후퇴하고(그러나 만약 통(30) 내의 용융금속을 교반하기 위해 회전이 이용된다면 회전은 계속될 수 있다), 사출쳄버(50) 내에 하우징되어 있는 피스톤(45)이 (도 1의 오른쪽으로) 후퇴하기 시작하여 제조되는 성형부품의 치수에 상응하는 원하는 부피만큼 사출쳄버(50)의 부피를 확장시키게 된다. 사출쳄버(50)의 부피가 원하는 사출부피에 이르면 피스톤(45)은 정지한다. 상기 피스톤(45)은 상기 유압기(32)가 후퇴하는 것과 동시에 또는 유압기(45)가 원하는 지점으로 후퇴된 후에 후퇴될 수도 있다.As shown, the
피스톤(15)이 정지한 후 상기 유압기(32)는 하방으로 전진되고, 그 결과 통(30)의 하부쳄버 내에 모여있던 금속의 일부가 배출구(37)를 통해 사출쳄버(50) 내로 푸시된다. 사출쳄버(50) 내로 들어가는 금속의 압력은 사출쳄버(50) 내의 용융금속과 피스톤(45) 사이에 축적되어 있는 가스를 배출시키는 것을 돕는다. 상기 유압기(32)는 그 단부가 배출구(37)를 폐쇄할 때까지 통(30)을 따라 전진하며, 사출이 종결되고 다음 사출이 시작될 때까지 상기 배출구(37)를 폐쇄된 채로 두기 위해 이 상태에서 유지되는 것이 바람직하다. After the
각각의 사출 동안, 용융금속이 사출쳄버(50)로 들어감에 따라 얼마간의 가스가 상기 용융금속과 피스톤(45) 사이에 축적된다. 이러한 가스의 부피는 사출쳄버(50) 부피의 20%까지 차지할 수 있다. 그러한 용융금속/가스 혼합물을 금형 내로 사출하는 것은 고르지 않은 표면, (금속표면 내에 포획된 가스 기포에 의해 유발된) 기공 또는 사출되는 용융금속의 일정치 않은 부피로 인해 발생하는 결함을 포함하는 다른 형태의 결함을 가진 성형부품을 초래할 수 있다. 사출 전에 가능한 많은 가스를 제거하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법에 있어서, 그러한 가스의 소개(evacuation)는 주로 두 가지 방법에 의해 달성된다. 첫째, 피스톤(45)과 사출쳄버(50)는 액체 용기로부터 액체를 빨아들이는 약제 주사기와 같은 방식으로 가스를 배출시킬 수 있다. 구체적으로, 피스톤(45)이 후퇴할 때 통(30)으로부터 사출쳄버(50)로 용융금속을 끌어들이는 흡입력이 발생하며, 이것은 그 후방의 가스를 밀어낸다. 둘째, 유압기(32)에 의해 상기 제2쳄버내로 유동되는 용융금속의 추가부분은 용융금속과 피스톤(45) 사이에 축적된 가스가 피스톤(45)과 제2쳄버의 벽 사이의 작은 공간을 둘러서 빠져 나가도록 한다(즉, 가스는 용융금속의 압력으로 인해 피스톤(45)의 오른쪽으로 배출된다). 선택적으로, 가스를 피스톤(45) 후방으로 통과시켜 시스템 외부로 방출시키고 그 역유입은 막아주는 오링(O-ring) 시일부재 또는 다른 도구가 피스톤(45) 주위의 적어도 일부에 결합될 수 있다. 사출노즐(57)은 노즐 차단판(15)을 구비하는데, 이것은 상기 유압기(32)가 금속을 사출쳄버(50)내로 밀어낼 때 용융금속이 사출쳄버(50)로부터 빠져나가지 못하도록 하강되어 있다. 상기 사출쳄버(50)가 금속으로 채워지고 실질적으로 모든 가스가 배출되었을 때, 상기 노즐 차단판(15)은 위로 올려지고 노즐(57)이 앞으로(도 1의 왼쪽으로) 움직여 다이(14)의 개구와 접촉한다. 바람직한 실시예에서, 노즐(57)의 이동은 장치 전체를 활주대에 장착하고 전체 장치를 다이(14)를 향해 (도 1의 왼쪽으로) 움직임으로써 달성된다. During each injection, some gas accumulates between the molten metal and the
동시에, 상기 피스톤(45)은 사출쳄버(50)에 대해 상대적으로 왼쪽으로 푸시되어 사출쳄버(50) 내에 있는 용융금속이 다이(14)를 통해 금형(13)으로 들어가도록 한다. 초기설정휴지시간(pre-set dwell time)이 지난 후, 다이는 두 개의 반쪽으로 개방되어 성형된 금속부품이 제거되고, 따라서 새로운 사이클이 시작될 수 있다. At the same time, the
상기 용융금속은 상기 사출쳄버(50) 내에 수용되어 있는 동안 노즐 차단판(15), 피스톤(45)의 시일부재(41) 및 작동하는 동안 계속적으로 통(30)을 차지하게 되는 용융금속에 의해, 기계 외부로부터 사출쳄버(50)로 유입될 수 있는 가스로부터 실질적으로 실링되어 있다. 비록 작업개시 전에 사출쳄버(50) 내에 가스가 존재하더라도 1차 사출 작업에 의해 사실상 사출쳄버(50) 내의 모든 가스는 배출된다. 따라서, 사출쳄버(50)로부터 금형(13)으로 사출되는 용융금속에는 사실상 가스가 존재하지 않는다. 바람직하게, 사출하는 동안 사출쳄버(50) 내에 존재하는 가스의 양은 제2쳄버 부피의 20% 미만이며, 더욱 바람직하게는 1% 이하이다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 사출쳄버(50)의 길이방향을 따라 가열요소(70f-70j)가 구비된다. The molten metal is formed by the
요변성 금속은 사출 전에 반고상 슬러리(semi-solid slurry)상태로 될 수 있는 것들이다. 요변성 금속은 액상 내에 부유하는 고상 금속입자 또는 영역을 함유한다. 결과물인 성형 금속부품은 주요 또는 2차 고상영역을 포함한다. 구체적으로, 요변성 상태(즉, 반고상 상태)로 되는 금속은 후술하는 바와 같이 용융금속 형태로 또는 금속의 액상과 고상온도 사이의 온도로 가열된 후(즉, 반고상 상태로) 통(30)으 로 공급될 수 있다. 만약 금속이 액상으로 통(30)의 길이방향을 따라 밑으로 움직이기 시작하면, 통(30) 안의 온도 구배는 궁극적으로 사출쳄버(50) 내에서 요변성 슬러리가 형성될 수 있도록 선택된다. 액상의 금속이 통(30)의 길이방향을 따라 밑으로 움직임에 따라 그것은 점차 냉각되어 슬러리를 생성한다. 그러한 구성은 출원인에 의해 동시 계류중인 출원번호 제08/873,922호 출원에 상세히 설명되어 있으며 이것은 본 출원의 내용에 합체되는 것으로 한다. 만약 금속이 반고상 슬러리 상태로 통(30) 내에 공급되면, 그 다음 슬러리가 유지될 수 있도록 통(30) 내의 온도 구배가 선택된다. 예를 들어, 통(30) 내의 온도는 전체적으로 합금의 액상과 고상온도 사이의 온도로 유지될 수 있다. 요변성 슬러리가 생성되는 방법과는 무관하게 그 슬러리는 궁극적으로 사출쳄버(50) 내에 있는 재료에 따라 달라진다. 바람직하게, 공급기(23)의 내부 온도는 금속을 액상으로 유지시키기에 충분할 정도로 높다. AZ91 Mg합금의 경우, 공급기(23) 내의 온도가 600℃를 넘도록, 바람직하게는 용융된 Mg합금의 상부 표면 근처에서 640℃ 그리고 공급기(23)의 하부영역 근처에서 약 660℃정도가 되도록 가열요소(25)를 제어되는 것이 바람직하다. 참조부호 70으로 도시된 가열요소들은 바람직하게 저항체가열요소이다.Thixotropic metals are those that can be in a semi-solid slurry prior to injection. The thixotropic metal contains solid metal particles or regions suspended in the liquid phase. The resulting molded metal part contains a major or secondary solid phase region. Specifically, the metal that is in the thixotropic state (i.e., semi-solid state) may be heated in the form of molten metal or to a temperature between the liquid and solid temperature of the metal (i.e., in a semi-solid state) as described below. Can be supplied. If the metal begins to move downward along the length of the
상기 통(30) 내에서의 온도는 금속의 액상온도 이하 고상온도 이상으로 유지되어야 한다. 가열요소(70a)(70b) 근처의 온도는 AZ91 Mg합금의 경우 바람직하게 약 600℃ 정도로 유지된다. 가열요소(70c) 근처의 온도는 약 580℃ 정도로 유지된다. 가열요소(70d)(70e) 근처의 온도는 AZ91 Mg합금의 경우 약 550℃ 정도로 유지된다. 이러한 온도는 배출구(37)를 향한 금속의 하방향 유동을 촉진하고 반대방향으로의 유동을 막는다.The temperature in the
바람직하게 사출쳄버(50) 내에서 가열요소(70f)(70g)(70h)(70i) 근처의 온도는 AZ91 Mg합금의 경우 반고상 상태로 유지하기 위해 약 550-570℃ 정도로 유지된다. 이러한 낮은 온도는 또한 금속이 시일부재(41)를 지나 유동하는 것을 방지하는데 도움을 준다. 가열요소(70j) 근처의 온도는 AZ91 Mg합금의 경우 바람직하게 약 570-580℃ 정도로 유지된다. Preferably, the temperature near the
상기 각 위치에서 그러한 온도를 사용해 요변성 상태에서 AZ91 Mg합금의 성형이 가능하다. 이러한 조건하에서, 한 사이클은 약 30초 이상 지속된다. 아주 매끄러운 표면과 최소의 기공을 가진 성형금속부품이 제조될 수 있는데, 이것은 더 이상의 추가적인 가공없이 바로 착색하는 것을 가능케한다. 그 주물은 또한 극히 정확한 치수와 일관성을 가지고 있고, 부품이 대략 DIN 사이즈 A4용지 크기(21.0cm × 29.7cm)를 가질 때 1mm 이하의 두께로 제조될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따라 제조된 성형부품의 두께 범위는 대략 DIN 사이즈 A4용지크기를 가지는 부품에 대해 0.5 내지 1 mm 사이이다. 알려진 다이캐스팅 방법 및 요변성 방법으로는 대략 DIN 사이즈 A4용지크기를 가지는 부품에 대해 1.3 mm 보다 작은 두께를 얻을 수 없다. It is possible to mold AZ91 Mg alloys in thixotropic conditions using such temperatures at each of the above positions. Under these conditions, one cycle lasts about 30 seconds or more. Molded metal parts with very smooth surfaces and minimal pores can be produced, which makes it possible to color directly without further processing. The castings are also extremely accurate in dimension and consistency and can be made to a thickness of less than 1 mm when the part has approximately DIN size A4 paper size (21.0 cm x 29.7 cm). Preferably, the thickness range of the molded part produced in accordance with the invention is between 0.5 and 1 mm for parts having approximately DIN size A4 paper size. Known diecasting and thixotropic methods cannot achieve thicknesses less than 1.3 mm for parts with approximately DIN size A4 paper sizes.
도 3은 공급기(23')를 가지는 본 발명의 다른 실시예를 보여준다. 도 1의 공급기(23)와 같이 도 3의 공급기(23')는 계량 스크류(21'), 레벨 지시기(22') 및 가열요소(25')를 포함한다. 그러나, 도 3의 공급기(23')는 공급구(27')보다 낮은 위치에 바닥면이 있는 하부영역을 가진다. 이 하부영역은 용융금속보다 무거운 슬러지 및 다른 물질들을 포획하여 그것들이 공급구(27')를 통과하지 못하도록 함으로써 순 수한 용융금속이 통(30)으로 유입되도록 한다. 이 하부영역으로부터 상기 무거운 물질들을 주기적으로 배출하기 위한 또 다른 개구(미도시)가 구비될 수 있다.3 shows another embodiment of the invention with a
도 4a는 다이(14')로부터 소정간격 이격되어 위치하는 노즐 차단판(15')을 가지는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 본 실시예에서, 상기 노즐 차단판(15')이 위로 당겨지면 노즐(57)이 왼쪽으로 푸시되어, 지지벽(59)(60) 속으로 부분적으로 연장되어 있는 비교적 깊은 오목부로 들어가게 된다. 그러면 다이(14')는 지지벽(59)(60)과 맞닿아 위치한다. 상기 오목부는 노즐(57')과 금형(13') 내로 연통되는 개구를 적절하게 정렬시킨다. 상기 노즐 차단판은 노즐 내에서 용융금속의 고형화를 최소화하는 온도로 유지될 수 있다. 이것은 차단판 상에 또는 그 내부에 가열요소들을 제공함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 상기 차단판은 또한 가열되지 않은 상태로 남겨질 수도 있다. FIG. 4A shows another embodiment of the present invention having a nozzle barrier plate 15 'positioned spaced a predetermined distance from die 14'. In this embodiment, when the nozzle barrier plate 15 'is pulled up, the
도 4b는 다이(14")의 오른쪽 에지 바로 안쪽에 있는 슬롯을 통해 후퇴 및 전진하는 노즐 차단판(15")을 가진 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 측면도를 나타낸다. 본 실시예에서, 노즐 차단판(15")이 상방으로 올려지면 노즐(57")이 왼쪽으로 푸시되어, 다이(14") 속으로 부분적으로 연장되어 있는 비교적 얕은 오목부로 들어가게 된다. 상기 얕은 오목부는 노즐(57")과 금형(13")내로 연통되는 개구를 적절히 정렬시킨다. 지지벽(59')(60')은 노즐의 정렬을 도와준다.4B shows a side view of another embodiment of the present invention with a
도 4c는 다이(14"') 표면에 있는 슬롯을 통해 후퇴 및 전진하는 노즐 차단판(15"')을 가진 본 발명의 또 다른 실시예에 대한 정면도를 보여준다. 본 실시예에서, 상기 노즐 차단판(15"')이 위로 올려지면, 다이(14"')속으로 형성된 개구를 나타낸 작은 원 주위에 있는 큰 원으로 도시된 얕은 오목부가 노출된다. 상기 얕은 오목부는 노즐(미도시)이 다이(14"')에 형성된 상기 개구와 적절히 정렬되도록 한다. 미도시된 또 다른 실시예에서, 상기 얕은 오목부는 그 오목부 내에서 움직이는 차단판과 함께, 상기 노즐(57)을 수용하는 지지벽(59')(60') 상에 위치할 수도 있다. FIG. 4C shows a front view of another embodiment of the present invention with a
도 4d에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예는 도 1 및 도 4a 내지 4c에 도시된 노즐 차단판(15)(15')(15")(15"')의 동작에 관한 것이다. 본 실시예에서, 상기 차단판(15)은 다이(14)의 표면과 지지벽(59)(60) 사이의 차단판 가이드(16) 내에서 상,하방으로 승강한다. 차단판 가이드(16)는 도 1에 도시된 바와 같이 다이 표면과 지지벽 사이에 형성된 또는 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이 다이 안에 형성된 수직 공간일 수 있다. 또한 상기 가이드(16)는 예컨대 수평방향과 같이 다른 방향의 공간을 포함할 수 있다. 상기 차단판(15)은 실린더 모터, 유압실린더 및/또는 공압실린더(46)에 의해 상기 가이드(16)를 따라 움직인다. 상기 실린더 모터(46)는 실린더 가이드(47)에 의해 수직으로 지지된다. Another embodiment of the present invention shown in FIG. 4D relates to the operation of the
또 다른 실시예에서, 요변성 금속을 만들고 성형하기 위해 개시된 방법이 사용될 수 있다. 공정 파라미터들의 근소한 변형으로 실질적으로 동일한 공정이 사용될 수 있다.In another embodiment, the disclosed methods can be used to make and form thixotropic metals. With the slight modification of the process parameters, substantially the same process can be used.
일 실시예에서, 금속 펠릿 또는 칩 대신에 금속 잉곳이 본 발명의 장치 내로 장입될 수 있다. 상기 금속 펠릿이나 칩 대신에 잉곳을 사용하는데 몇가지 이점이 있다. 첫째, 잉곳은 펠릿이나 칩보다 저렴하다. 둘째, 펠릿은 공급기 내의 액상금속 표면에서 서로 뭉쳐서 클러스터(cluster)를 형성하는 경향이 있다. 이것은 클러스터의 바닥에 있는 펠릿만이 액상의 금속과 접촉하기 때문에 펠릿을 용융시키는데 소요되는 시간을 증가시킨다. 클러스터의 꼭대기에 있는 펠릿은 그 하부의 고상 펠릿과 접촉할 뿐이다. 반면에, 무거운 잉곳은 공급기의 바닥까지 가라앉게 된다. 따라서, 잉곳 전체가 액상 금속으로 둘러싸이게 되므로 펠릿보다 빨리 용융한다. 잉곳을 장입시키기 위해 구성된 장입 시스템이, 바람직하지 않는 특성을 가져 재활용되는 성형금속부품을 펠릿 형태로 다시 주조하지 않고 공급기에 장입시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 다른 측면에 따르면 잉곳 대신에 재활용되는 부품들이 사용될 수 있다.In one embodiment, metal ingots may be loaded into the apparatus of the present invention instead of metal pellets or chips. There are several advantages to using ingots instead of the metal pellets or chips. First, ingots are cheaper than pellets or chips. Second, the pellets tend to agglomerate with each other on the surface of the liquid metal in the feeder to form clusters. This increases the time it takes to melt the pellets because only the pellets at the bottom of the cluster are in contact with the liquid metal. The pellets on top of the cluster only touch the solid pellets below them. On the other hand, heavy ingots sink to the bottom of the feeder. Thus, the entire ingot is surrounded by the liquid metal and therefore melts faster than the pellets. A charging system configured to charge an ingot can be used to charge the feeder without re-casting the shaped metal parts that have undesirable properties and are recycled into pellet form. Therefore, according to another aspect of the present embodiment, recycled parts may be used instead of the ingot.
도 5a는 금속 잉곳(63)을 공급기(23)에 장입하기 위해 도 1에 대한 또 다른 장입 시스템의 평면도를 나타낸다. 도시된 장입 시스템은 공급기(23)와 연통되는 제3쳄버(66, 이하에서는 유지쳄버라고 한다)를 구비한다. 잉곳은 Mg, Zn, Al 또는 이들의 합금 또는 다른 재료나 그 합금을 포함할 수 있다. 상기 잉곳(63)은 제1컨베이어 벨트(61)로부터 제2컨베이어 벨트(62)로 이송된다. 종래의 모터(65)에 의해 제어되는 푸시아암(64)은 잉곳(63)을 유지쳄버(66) 내로 밀어낸다. 상기 푸시아암은 유지쳄버의 개구를 완전히 커버할 수 있을 정도로 충분한 크기를 가진다. 원한다면, 상기 푸시아암은 유지쳄버의 개구와 견고한 가스실링을 형성할 수 있다. 상기 유지쳄버(66) 내의 잉곳(63)은 하방 경사부(67) 상에서 놓이고, 모터로 제어되는 피스톤(68)이 그 잉곳(63)을 공급기(23)로 밀어낸다. 상기 유지쳄버는 바람직하게 가스구로부터 공급된 불활성 가스 분위기로 유지된다. 상기 가스는 아르곤, 질소 또는 육플루오르화황 및 이산화탄소의 혼합일 수 있다. 바람직하게 상기 유지쳄버(66) 내의 가스 압력은 1기압보다 크게 유지되어 산소를 포함하는 외부공기가 공급기(23)로 들어오는 것을 방지하여야 한다. 상기 가스 압력 및/또는 잉곳의 위치는 하나 이상의 센서에 의해 감시될 수 있다. 유지쳄버(66) 내의 제어된 가스 분위기는 공급기 내의 공기의 양을 감소시켜 폭발의 위험을 줄인다. 5A shows a top view of another charging system for FIG. 1 for charging
도 5b는 금속 잉곳(63)을 공급기(23)에 장입시키기 위해 도 1 및 5a에 대한 또 다른 장입시스템의 측면도를 보여준다. 잉곳(63)은 컨베이어(81)에서 하방으로 경사진 유지쳄버(86)로 이송된다. 유지쳄버로의 진입은 제1도어(82)에 의해 제어된다. 유지쳄버로부터의 배출은 제2도어(84)에 의해 제어된다. 상기 쳄버는 잉곳 표면의 습기를 증발시키기 위해 히터(85)에 의해 100-200℃까지 가열될 수 있다. 상기 유지쳄버(86)는 다음과 같이 동작한다. 첫째, 잉곳(63)이 접근함에 따라 도어(82)가 열린다. 바람직하게 상기 도어(82)는 상,하방으로 승강하거나 또는 쳄버(86)의 벽을 따라 옆으로 움직임으로써 개방된다. 상기 잉곳(63)은 쳄버(86)내로 들어가면 상기 제1도어(82)는 닫힌다. 제1도어(82)가 닫힌 후, 상기 제2도어(84)가 열리고 잉곳(63)은 쳄버(86) 밖으로 이동한다. 상기 컨베이어(81)는 도어(82)(84)가 열리고 닫힌 상태에서 움직여 쳄버(86)를 통해 연속적으로 이동할 수 있다. 대안으로서, 상기 컨베이어(81)는 간헐적으로 이동한다. 즉 잉곳이 도어(82)에 접근한 때 그리고 잉곳이 쳄버(86)의 안쪽에 있을 때 컨베이어는 정지한다. 이것은 도어가 밀봉될 수 있도록 한다. 또한 상기 컨베이어(81)는 잉곳이 중력에 의해 하방으로 슬라이딩하도록 쳄버(86)의 경사부에서 끝날 수 있다.FIG. 5B shows a side view of another charging system for FIGS. 1 and 5A for charging the
미도시된 또 다른 실시예에서, 도 5a에 도시된 장입 시스템은, 도 5b의 도어(82)가 컨베이어(62)와 쳄버(66) 사이에 위치하고 도어(84)가 쳄버영역(67)과 용융탱크(즉,용융 공급기)(23) 사이에 위치한 채로 사용될 수 있다. 도어(82)는 푸시아암(64)의 움직임에 동기되어 열리는 반면 도어(84)는 피스톤(68)의 움직임에 동기되어 열린다.In another embodiment, not shown, the charging system shown in FIG. 5A is characterized in that the
도 5b의 유지쳄버(86)는 용융탱크(23")와 결합된다. 용융탱크(23")는 하나의 금속레벨 감지기(22")를 포함한다. 대안으로서, 도 1에 도시된 두 개의 레벨 감지기(22)가 사용될 수 있다. 탱크(23")는 또한 가스구(11")를 포함한다. 질소, 아르곤, SF6 및 CO2를 포함하는 군 중에서 선택된 적어도 하나의 가스와 같은 불활성 가스가 (즉, 가압된 탱크로부터 가압하에) 용융쳄버(23")로 투입된다. 펌핑된 상기 가스의 압력은 1기압보다 커서 공기가 유지쳄버(86)를 통해 용융탱크(23")로 유입되지 못하도록 하는 것이 바람직하다(펌핑된 가스가 쳄버(86)를 통해 밖으로 유동하고 따라서 공기가 쳄버(86) 내로 유입되는 것을 막는다).The retaining
또한 도 5b에 도시된 상기 용융쳄버는 도 3에 도시된 공급탱크(23')와 유사하게 히터(25"), 스크린(24") 및 탱크의 바닥보다 상부에 위치하는 공급구(27")를 포함한다. 상기 스크린은 도 1에 도시된 바와 같이 공급구(27") 안쪽 또는 위에 형성될 수 있다. Also, the melt chamber shown in FIG. 5B has a
대안으로서, 도 5c에 도시된 바와 같이 진공펌프(87)가 도어(82)(84) 사이의 쳄버(86)에 부착될 수 있다. 상기 잉곳(63)이 쳄버(86)로 투입되면 도어(82)(84)는 모두 닫히고 진공펌프는 쳄버(86) 내를 거의 진공상태로 만든다. 그 다음 도어(84) 는 개방되어 잉곳(63)을 용융탱크(23") 속으로 방출하는데, 도어(84)가 개방될 때 쳄버(86)는 진공상태이므로 약간의 공기도 용융탱크(23") 내로 들어가지 않는다. As an alternative, a
도 5d에 도시된 바와 같이, 불활성 가스 스크린(90)은 불활성 가스원(88)으로부터 도어(82) 및/또는 (84)의 후면부를 가로질러 선택적인 흡입파이브 또는 통공(89)을 통해서 배출되도록 만들어질 수 있다. 상기 불활성 가스 스크린(90)은 공기가 쳄버(86)와 탱크(23")로 들어가는 것을 방지한다. 상기 불활성 가스는 아르곤, 질소, CO2 및 SF6를 포함하는 군 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다. 도 5d의 가스 스크린은 용융탱크(23") 내로의 공기유입을 최소화하기 위해 도 5C의 진공펌프와 함께 사용될 수 있다. 상기 용융탱크 가스구(11"), 도어(82)(84), 진공펌프(87) 및 불활성가스 스크린(90)과 같은 공기제어수단은 모두 공기가 상기 용융탱크 및/또는 유지쳄버로 유입되는 것을 막아 폭발의 가능성을 줄이기 위해 사용된다.As shown in FIG. 5D, the
도 5e 및 도 5f는 도 5a에 대한 장입 시스템의 다른 예를 나타낸다. 유지쳄버(66')는 가동(可動) 통공플레이트(72)를 사용한다. 도 5e는 공급기(23)에 대한 진입이 차단된 장입 시스템의 평면도를 보여준다. 가동 통공플레이트(72)는 잉곳보다 큰 통공(73)을 포함한다. 잉곳이 더 이상 공급기(23)에 추가되지 않아야 할 때, 상기 플레이트(72)는 가동아암(74)에 의해 일측으로 이동하여 공급기의 입구를 덮는다. 도 5f에 도시된 바와 같이, 잉곳이 공급기(23)로 추가되어야 할 때, 상기 플레이트(72)는 타측으로 이동하여 상기 통공(73)이 공급기(23)의 개구와 일치하게 된다. 이러한 방법에 따라, 컨베이어(61')로부터 이송된 잉곳은 통공(73)을 통과하여 공급기(23)로 들어간다. 도 5e 및 도 5f에 도시된 실시예에서 통공플레이트(72)는 도 5b에 도시된 푸시아암(64) 및 피스톤(68) 대신에 사용된다. 그러나, 푸시아암(64) 및 피스톤(68)에 덧붙여 상기 통공 커버플레이트(72)가 사용될 수 있다. 이 경우에 상기 플레이트(72)는 하방 경사면(67)을 슬라이딩하는 잉곳의 진입을 차단한다.5E and 5F show another example of the charging system for FIG. 5A. The holding chamber 66 'uses a movable through
도 5g 및 도 5h는 도 5e 및 도 5f에 대한 또 다른 장입 시스템을 나타낸다. 본 실시예에서, 유지쳄버(66")는 가동 통공플레이트(72) 대신에 가동 커버플레이트(75)를 사용한다. 상기 커버플레이트(75)는 공급기(23)의 개구를 커버하기에 충분하도록 대략 원형의 형상을 가진다. 도 5g는 공급기(23)로의 진입이 폐쇄된 장입 시스템의 평면도를 나타낸다. 가동아암(74')은 커버플레이트(75)를 공급기(23)의 개구 상부로 움직여 컨베이어(61")로부터 공급되는 잉곳의 진입을 차단한다. 도 5h에 도시된 바와 같이, 추가적인 잉곳이 공급기(23)로 공급되어야 할 때, 상기 커버플레이트(75)는 타측으로 이동하거나 (도면의 평면으로부터 밖으로) 상승되어 공급기(23)에 대한 개구를 노출시킨다. 컨베이어(61")로부터 공급되는 상기 잉곳은 공급기(23) 속으로 바로 떨어질 수 있다. 도 5g 및 도 5h에 도시된 실시예에서 상기 커버플레이트(75)는 도 5b에 도시된 푸시아암(64)과 피스톤(68) 대신에 사용된다. 그러나, 상기 커버플레이트(75)는 푸시아암(64)과 피스톤(68)에 덧붙여 사용될 수 있다.5G and 5H show another charging system for FIGS. 5E and 5F. In this embodiment, the holding
도 5i는 도 5a에 대한 또 다른 장입 시스템을 나타낸다. 공급기(23)의 개구(78)는 원통과 같은 가동이송쳄버(76)에 의해 커버된다. 원통(76)은 통공(77)을 가진다. 상기 통공(77)은 도 5j에 도시된 바와 같이 컨베이어(81')와 동일한 레벨이다. 잉곳(63)을 공급기(23)에 더 추가하고자 할 경우, 가동아암(74")은 통공(77)이 컨베이어(81')의 끝단과 정렬되는 위치까지 원통을 이동시켜 잉곳이 컨베이어(81')로부터 통공(77)을 통해 원통(76) 내부로 떨어져 다시 개구(78)를 통해 밑의 공급기(23)로 떨어지도록 한다. 공급기(23)로의 진입을 차단하기 위해서는, 가동아암(74")이 원통(76)을 임의의 방향(즉, 왼쪽 또는 오른쪽)으로 움직여 컨베이어의 끝단이 통공(77)과 더 이상 정렬되지 않도록 한다. 상기 이송쳄버(76)가 원통으로 설명되었으나 그것은 육면체와 같이 임의의 다른 형상을 가질 수도 있다. 또한 상기 이송쳄버는 도 5a에 도시된 푸시아암(64) 및 피스톤(68)과 함께 사용될 수 있다. 이 경우에 잉곳(63)은 공급기(23)로 직접 떨어지는 대신에 이송쳄버 속으로 경사면(67)을 슬라이딩해 내려갈 것이다. 상기 이송쳄버(76)는 또한 도 5b의 유지쳄버(86)와 함께 사용될 수 있다. 이것은 도 5j에 도시되어 있다.5I shows another charging system for FIG. 5A. The
도 5j는 잉곳을 유지쳄버(86') 내의 컨베이어(81')로 전달하는 승강기(100)를 보여준다. 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 유지쳄버(86)는 하나 또는 두 개의 도어(82,84)를 가질 수 있다. 도 5j에는 명료화를 위해 단지 하나의 도어(82')가 도시되어 있다. 상기 승강대(101) 상의 잉곳은 유지쳄버(86')를 향해 위로 승강된다. 각각의 승강대는 승강대 베이스(102)와 적어도 하나의 커넥터(104)에 의해 결합된 가동 승강대 상판(103)을 포함한다. 각각의 승강대가 컨베이어(81')의 상단에 도달하면, 리프팅부재(105)가 폴(106)을 위로 올려 승강대 상판(103)의 후단을 밀어올린 다. 승강대 상판(103)의 후단이 리프팅부재(105)에 의해 승강대 베이스(102) 위로 들어올려지고, 이로 인해 잉곳(63)은 승강대 상판에서 컨베이어(81')로 슬라이딩한다. 상기 잉곳(63)은 컨베이어(81')를 통과하여 공급기 내로 간다. 잉곳(63)은 선택적으로 도 5i 및 도 5j에 도시된 이송쳄버(76)를 통과할 수 있다. 잉곳이 승강대 상판으로부터 제거된 후, 상기 리프팅부재는 폴(106)을 하강시켜 승강대 상판(103)을 승강대 베이스(102) 위에 위치시킨다. 그러면 상기 리프팅부재(105)는 제1 승강대(101)와 분리되고 다음 승강대(101)가 상승하여 상기 공정이 반복된다.5J shows elevator 100 delivering the ingot to conveyor 81 'in retaining chamber 86'. As shown in FIG. 5B, the holding
상기 커넥터(104)는 승강대 상판(103) 및 베이스(102)를 회전가능하게 결합시키는 볼트일 수 있다. 바람직하게, 상기 승강대 상판은 리프팅부재(105)에 의해 약 20도 회전된다. 대안으로서, 승강대 상판만이 아닌 승강대(101) 전체가 리프팅부재에 의해 들어올려질 수 있다. 또한 상기 승강기(100)는 도 5a에 도시된 유지쳄버(66)와 함께 사용될 수 있으며 잉곳은 경사면(67) 밑으로 슬라이딩하여 공급기(23)로 들어갈 수 있다. The
바람직하게, 상기 리프팅부재(105)의 이동은 도어의 개방과 동기된다. 예를 들어, 상기 리프팅부재(105)가 폴(106)을 들어올릴 때, 상기 도어(82')가 동시에 개방되어 잉곳(63)이 유지쳄버(86') 내를 통과하도록 한다. 나아가, 도 5e 내지 5h에 도시된 상기 커버플레이트(72)(75) 또는 도 5i에 도시된 이송쳄버(76) 역시 도어(82')와 동기될 수 있다. 따라서, 도어(82')가 닫힌 후 상기 커버플레이트 또는 이송쳄버가 움직여 공급기(23)로의 진입을 개방할 수도 있다. 만약 후방 도어(84)(도 5b에 도시됨)도 구비된 경우, 이것은 전방 도어(82')가 닫힌 후에 개방되어야만 한다. 또한 승강기(100)는 도 5a에 도시된 컨베이어(61) 및 유지쳄버(66)와 함께 사용될 수 있다. Preferably, the movement of the lifting
도 6은 실질적으로 수직인 출구봉쇄막대를 사용하는 공급기(23)의 또 다른 실시예를 보여준다. (도 5b뿐만 아니라) 도 1에서 공급구(27)는 격자 형상의 필터(24)에 의해 막혀있다. 상기 격자는 용융되지 않은 금속 조각이 공급구(27)를 통해 공급기(23)로부터 통(30)으로 빠져나가는 것을 막기 위해 필요한 것이다. 그러나, 금속 잉곳(63)은 공급구의 바닥까지 가라앉아 격자 위에 편평하게 놓이게 된다. 이러한 위치선정은 액상의 금속이 공급구(27")를 통해 통(30) 속으로 흘러들어가는 것을 실질적으로 잉곳이 차단하는 것이 되기 때문에 바람직하지 않다. 잉곳이 격자를 막는 것을 방지하기 위해서는 도 5k에 도시된 바와 같이 공급구(27"') 상에 출구봉쇄막대(76)가 사용되어야만 한다. 상기 막대는 가라앉은 잉곳(63)이 공급구(27"')를 가로질러 편평하게 자리잡는 것을 방지하는 한 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 공급구의 중앙에 있는 막대는 공급구의 원주부 근처에 있는 막대 위로 돌출되어 잉곳(63)이 용융되는 동안 공급기(23"')의 가장자리를 향해 옆으로 안착되도록 할 수 있다. 공급 탱크(23"')는 또한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 공급구(27"')보다 낮은 위치에 있는 바닥면을 가지는 하부영역을 가질 수 있다. 가라앉아서 막대(76)와 접촉하는 잉곳은 옆으로 벗어나 하부영역쪽으로 치우칠 것이다. 상기 잉곳은 상기 공급구(27"')를 차단하는 일 없이 하부영역에서 용융될 것이다.6 shows another embodiment of a
도 7a는 유압기(32)에 배치된 지지리브 또는 핀(34)을 가지는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 측면도를 보여준다. 상기 도면은 정확한 축적으로 도시되지 않았으며 명료화를 위해 통(30)의 두께가 다소 과장되어 표현되었다. 상기 히터(70)가 구비되지만 명료화를 위해 도면에서 생략하였다. 상기 핀(34)은 바람직하게 유압기(32)에 부착되며 통(30)의 길이방향을 따라 동축으로 이동하도록 및/또는 통의 축(38) 주위로 회전운동하도록 통(30)의 내주면 상을 슬라이딩 할 수 있다. 상기 운동은 핀(34)이 통(30)의 내주면을 회전할 수 있도록 한다. 대안으로서, 상기 핀(34)은 유압기(32) 자체가 슬라이딩 할 수 있도록 통(30)의 내주면에 부착될 수도 있다. 상기 핀(34)은 유압기(32)와 같은 재료 또는 요구되는 공정온도에 견딜 수 있는 다른 재료로 만들어질 수 있다. 상기 핀의 목적은 두 가지 측면이다. 제1목적은 상기 유압기(32)가 통의 축(38)에 대해 경사지거나 흔들거리는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 유압기(32)는 꽤 길기 때문에 핀(34)이 없다면 경사지기 쉽다. 지지되지 않는 유압기의 선단부는 자중하에서 통의 내부면의 상단보다는 바닥부와 가깝다. 핀(34)은 통(30)의 내면과 접촉함으로써 유압기가 경사지거나 흔들리는 것을 막고, 따라서 유압기(32)가 통의 축과 정렬되도록 중심을 잡아준다. 제2목적은 용융금속의 균일한 온도분포를 향상시키는 것이다.FIG. 7A shows a side view of another embodiment of the present invention having support ribs or pins 34 disposed in the
도 7a에 도시된 바와 같이, 밸브(17) 안쪽을 운동하는 유압기의 영역(32c)에는 밸브와 닿지 않도록 핀이 없다. 도 7a의 라인A-A'에 대한 단면도가 도 7b에 도시되어 있다. 보는 바와 같이, 상기 핀(34)은 유압기(32)의 외주면 전체에 연장되어 있지 않아 금속이 통을 통해 유동할 수 있도록 한다. 상기 핀(34)은 유압기(32) 주위에 다수의 서로 다른 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7c에 도시된 바와 같 이, 두 개의 핀이 로드의 대향하는 양측에 주기적인 간격(36)으로 배치될 수 있다. 각각의 간격은 동일한 길이 또는 다른 길이로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 핀은 유압기의 타단에서 보다 일단에서 서로 가깝게 이격배치될 수 있으며, 또한 유압기의 양단에서 보다 중앙부 근처에서 하나 이상 더 가깝게 배치될 수 있다. 대안으로서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 두 개 이상의 핀(즉, 세 개)이 유압기 주위에 소정간격(39)으로 배치될 수 있다. 다시, 유압기의 길이방향 간격(36)과 원주방향 간격(39)은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 나아가, 도 7e에 도시된 바와 같이 상기 핀(34)은 통의 축에 대해 90도가 아닌 하나 이상의 각으로 경사질 수도 있다. 그렇지 않으면, 다른 핀들이 90도가 아닌 각을 이루고 일부 핀(34)만이 90도로 경사질 수도 있다. 전술하였듯이, 동일한 또는 동일하지 않은 간격으로 상기 막대를 따라 이격되어 있는 두 개 이상의 경사진 핀들이 구비될 수 있다. 더욱이, 도 7f에 도시된 바와 같이 상기 핀의 유압기 길이방향 및/또는 원주방향의 폭 및/또는 두께는 서로 다를 수 있다. 또한 도 7g에 도시되었듯이 상기 핀은 유압기의 길이방향으로 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 일반적으로 비록 핀(34)이 유압기(32)가 아닌 통(30)의 내부에 장착되더라도, 위와 같은 배치 중에서 하나 또는 그 이상의 조합이 가능하다. 핀(34)과 함께 유압기(32) 또한 도 3 내지 5에 도시된 실시예와 함께 사용될 수 있다.As shown in FIG. 7A, the region 32c of the hydraulic oil moving inside the
도 8a 내지 8d는 사출쳄버(50')의 또 다른 실시예에 대한 측면도들을 나타낸다. 본 실시예에서 피스톤(45')은 두 부분으로 구성되는데: 내측부(46)와 외측부(47)가 그것이다. 외측부는 실질적으로 중공이 형성된 실린더이고 내측부는 실질적으로 상기 외측부 안에 슬라이딩 가능하도록 결합된 실린더이다. 상기 두 부분은 별개의 구동메카니즘을 가진다. 도 8a는 금속이 사출쳄버(50') 속으로 유동할 수 있도록 유압기(32)가 통(30) 내에서 뒤로 후퇴된 상태를 나타낸다. 피스톤의 내측부(46)는 사출노즐(57"')로부터 다이(14"")로 금속이 흐르는 것을 막기 위해 출구(58)를 폐쇄하도록 충분히 연장되어 있다. 상기 피스톤의 외측부(47)는 사출쳄버(50')의 부피를 원하는 부피로 팽창시키기 위해 후퇴한다. 마찬가지로, 유압기(32)는 통(30)내에서 후퇴한다. 이러한 구성에서, 금속은 통(30')으로부터 사출쳄버(50') 속으로 유동하는 반면, 사출노즐구멍(58)이 피스톤 내측부(46)에 의해 폐쇄되어 있으므로 금속이 다이 속으로 미리 유동하지는 않는다. 가열요소(70)가 구비되지만 명료화를 위해 도면에서 생략하였다.8A-8D show side views of another embodiment of an injection chamber 50 '. In this embodiment the piston 45 'consists of two parts: the
도 8b는 상기 사출쳄버(50') 동작의 다음 단계를 보여준다. 여기서, 유압기(32)는 통(30) 내로 완전히 전진하여 남아있는 금속을 통(30)으로부터 사출쳄버(50')로 보낸다. 피스톤 내측부(46)는 여전히 사출노즐구멍(58)을 폐쇄하도록 완전히 전진되어 있다. 피스톤 외측부(47)는 여전히 후퇴되어 금속이 통(30)으로부터 사출쳄버(50') 속으로 유동하도록 한다. 또한 이러한 구성은 금속이 다이속으로 미리 흐르는 것을 방지한다.8B shows the next step of the injection chamber 50 'operation. Here, the
도 8c는 상기 사출쳄버(50') 동작의 그 다음 단계를 나타낸다. 상기 피스톤 내측부(46)는 피스톤 외측부(47) 속으로 후퇴되어 있다. 비로소 상기 사출노즐이 개방된다. 그러나, 전진된 유압기(32)에 의해 통의 개구가 폐쇄되기 때문에 통(30)으로부터 사출쳄버(50')로 더 이상의 금속 유동은 없다.
8C shows the next step of the injection chamber 50 'operation. The piston
도 8d는 사출쳄버(50') 동작의 마지막 단계를 보여준다. 피스톤(45')의 내,외측부(46)(47) 모두는 왼쪽을 푸시되어 사출쳄버(50')내의 용융금속을 사출노즐(57"')을 통해 다이(14"") 속으로 보낸다. 전술한 바와 같이, 상기 사출노즐(57"')은 피스톤(45')을 왼쪽으로 이동시키기에 앞서 앞으로 이동하여 다이에 있는 개구와 접촉할 수 있다.8d shows the final stage of operation of the injection chamber 50 '. Both the inner and
도 8d에 도시된 단계 후에, 상기 유압기(32)와 피스톤 외측부(47)는 후퇴하는 반면, 피스톤 내측부(46)는 도 8a에 도시된 바와 같이 사출노즐구멍(58)을 폐쇄하도록 위치한 채로, 필요하면 상기 공정이 반복된다.After the step shown in FIG. 8D, the
대안으로서, 피스톤 내측부(46)는 도 8c에 도시된 것과 같이 완전히 후퇴하는 대신에 (도 8c의 점선과 같이) 피스톤 외측부(47) 속으로 일부 후퇴하여 금속이 다이의 개구로 유동하도록 할 수도 있다. 더욱이, 피스톤 내측부(46)는 도 8d의 실선으로 도시된 것과 같이 피스톤 외측부(47)와 동일한 만큼 왼쪽으로 이동하는 대신에 (도 8d의 점선과 같이) 피스톤 외측부(47) 보다도 사출노즐(57"')로 더 왼쪽으로 나아가 이동할 수도 있다. 따라서, 양자는 동일한 기능을 수행하므로 상기 노즐 차단판은 상기 피스톤 내측부(46)에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 도 8a 내지 8d의 장치는 도 1에서 두 개의 (하나는 피스톤을 다른 하나는 차단판을 구동시키는) 모터가 필요한 것 대신에 피스톤의 두부분을 움직이기 위해 단지 하나의 모터만을 필요로하므로 도 1을 개선한 것이다. Alternatively, the piston
더욱이, 도 8a 내지 8d에 도시된 장치는 노즐구멍에 금속이 축적되는 것을 방지하고 피스톤 내측부(46)가 사출노즐(57"') 내의 용융금속을 다이의 개구로 들어가 도록 하는 것을 가능케한다. 상기 피스톤의 두부분이 없으면, 도 9에 도시된 바와 같이 종래의 사출노즐에 있어서는 피스톤에 의한 사출운동 후에도 용융금속이 축적되어 플러그(91)로 고형화될 수 있다. 노즐의 팁(93)이 다이의 더 차가운 벽(또는 다이 지지벽)과 접촉하고 있으므로 상기 플러그(91)는 사출노즐(90)의 배출구멍(92) 내에 형성된다. 따라서, 상기 노즐팁은 사출쳄버의 다른 부분보다 온도가 낮은 상태이다. 이러한 플러그는 사출노즐로부터의 배출을 차단하여 금형내로 사출되는 금속의 양을 감소시키거나 장치의 동작을 저해하므로 바람직하지 않다.Furthermore, the apparatus shown in FIGS. 8A-8D prevents metal from accumulating in the nozzle hole and allows the piston
그러나, 도 8a 내지 8d에 있는 상기 피스톤(46)의 내측부는 피스톤 사출운동에 앞서 노즐의 안쪽으로부터 사출노즐구멍을 폐쇄하여, 어떠한 금속도 구멍에 축적되지 못하도록 방지한다. 덧붙여, 도 8a에 도시된 바와 같이 피스톤 내측부는, 상기 구멍 속으로 연장되어 있는 피스톤 내측부(46)의 경사진 팁(49)을 포함함으로써 상기 구멍에 축적되어 있는 잔여분의 금속을 밀어내도록 설계될 수도 있다. However, the inner part of the
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 본 실시예에서, 보조가스배출구(110)가 부가된다. 상기 보조가스배출구는 용융금속(115)과 피스톤(45) 사이에 포획된 가스(111)가 사출쳄버로부터 빠져 나가도록 한다. 피스톤의 주위에 있는 개구에 덧붙여 배출구(110)의 사용은 더 많은 가스가 사출쳄버를 빠져나가도록 한다. 대안으로서, 상기 배출구(110)는 상기 포획된 가스만이 빠져나갈 수 있는 수단을 포함할 수 있다. 상기 배출구(110)는 바람직하게 사출쳄버의 입구와 상기 피스톤이 후퇴되는 지점 사이에 위치한다. 상기 배출구는 금형에 사출하는 동안 장치 외부의 공기가 사출쳄버 내로 유입되지 않고 용융금속이 그것을 통해 빠져 나가지 않도록 하면 서 상기 사출쳄버 내에 포획된 가스가 빠져나갈 수 있도록 하는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배출구(110)는 다공성 세라믹(112)과 같은 반투과성 물질을 포함할 수 있다. 상기 다공성 물질은 가스는 통과시키고 용융금속은 통과시키지 않는다. 상기 배출구는 가스의 배출을 가능케하는 동시에 외부의 공기가 사출쳄버 내로 들어오는 것을 막는 일방향밸브(114)를 구비한 배출파이프(113)와 연결될 수 있다.10 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, an
도 11a 및 11b는 피스톤 동작의 또 다른 방법을 나타낸다. 용융금속(115)을 금형(14) 내로 사출하기 전에 상기 노즐 차단판(15)이 금형내로의 금속 유동을 차단하는 동안, 피스톤은 부분적으로 앞으로 전진한다. 상기 피스톤의 전진 운동은 포획된 가스가 사출쳄버를 빠져나가도록 한다. 상기 가스는 피스톤과 사출쳄버벽 사이의 공간을 통해 그리고 만약 있다면 배출구(110)를 통해 빠져 나간다. 그러나, 상기 노즐 차단판이 노즐을 폐쇄하고 있기 때문에 상기 피스톤의 전진 운동으로 인해 용융금속이 금형안으로 유입되지는 않는다. 일단 포획된 가스가 압착되어 사출쳄버를 빠져 나가면, 도 11b에 도시된 것과 같이 상기 차단판이 상승되고 피스톤이 앞으로 전진하여 용융금속을 금형으로 사출한다.11A and 11B show another method of piston operation. While the
만약 도 8a 내지 8d에 도시된 피스톤의 두부분이 사용되면, 유사한 가스압착배출방식이 사용될 수 있다. 피스톤의 두부분 중에서 내측부가 사출노즐을 폐쇄한 상태에서, 외측부가 부분적으로 전진하여 포획된 가스를 사출쳄버 밖으로 배출시킨다. 그다음 피스톤의 내측부가 후퇴할 때 사출노즐이 개방되고 피스톤이 앞으로 전진하여 금속을 금형속으로 사출한다. If two parts of the piston shown in Figs. 8A to 8D are used, a similar gas compression discharge method can be used. With the inner part of the two parts of the piston closing the injection nozzle, the outer part is partially advanced to discharge the trapped gas out of the injection chamber. Then, when the inner part of the piston retracts, the injection nozzle is opened and the piston moves forward to inject metal into the mold.
도 12a는 본 발명에 따른 통의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서, 유압기는 내측부(32d)와 외측부(32e)의 두부분으로 구성된다. 상기 외측부(32e)는 상기 제1부분(32d) 상에 슬라이딩 가능하게 장착되어 통(30)의 축을 따라 전진 및 후퇴할 수 있다. 상기 내측부(32d)는 그 단면이 대략 원형이며, 외측부(32e) 전체는 도너츠 형상의 단면을 가지며, 그 내경이 내측부(32d)의 직경보다 약간 크다. 상기 두부분된 유압기는 도 8a 내지 8d에 도시된 피스톤의 두부분과 유사한 원리로 동작한다. 각각의 사출 사이클 후에, 내측유압부(32d)는 일부 후퇴하는 반면, 외측유압부(32e)는 완전히 후퇴한다. 용융금속이 공급기(23)로부터 통(30)을 통해 사출쳄버(50)로 유동할 때, 유압기의 내측부(32d)는 통의 길이방향으로 밑으로 연장되어 용융금속의 온도가 균일하도록 그 축에 대해 회전운동한다. 다음 상기 외측부(32e)는 앞으로 전진하여 통 내의 용융금속을 사출쳄버로 밀어낸다. 사출쳄버로부터 금형으로의 금속사출에 앞서, 배출구(37)를 통한 통으로의 진입이 폐쇄되어야만 한다. 이것은 유압기의 내측부(32b)의 끝단으로 배출구(37)를 차단함으로써 또는 유압기 두부분으로 배출구(37)를 차단함으로써 이루어질 수 있다. 배출구(37)의 형상은, 도 12b에 도시된 바와 같이 유압기의 두부분이 완전히 전진할 때 배출구(37)를 차단할 수 있도록 두부분이 복합된 유압기의 팁과 상응할 수 있다. 외측부(32e)가 완전히 전진하였을 때 그것은 실질적으로 용융 공급기(23)로부터 통(30)으로의 유입구를 차단하게 되어, 상기 외측유압부가 완전히 전진할 때 용융금속이 실질적으로 통(30)으로 들어가지 않는다.12A shows another embodiment of a keg in accordance with the present invention. In this embodiment, the hydraulic pressure is composed of two parts, the
도 1 내지 도 12에 도시된 모든 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범 위에서 함께 또는 개별적으로 또는 조합되어 또는 치환되어 사용될 수 있다는 점을 주목하는것이 중요하다. 다시 말해, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 도 2 내지 도 8에 도시된 임의의 하나 또는 그 이상의 개량요소가 도 1에 도시된 기본 장치에 부가될 수 있다.It is important to note that all embodiments shown in FIGS. 1-12 may be used together, separately, in combination or in a substituted manner without departing from the scope of the present invention. In other words, any one or more refinements shown in FIGS. 2-8 can be added to the basic device shown in FIG. 1 without departing from the scope of the present invention.
본 출원은 미국 가출원 출원번호 제60/080,078호 (1998년 3월 31일 출원)에 대한 우선권을 주장하며, 그것의 모든 내용이 합체되는 것으로 한다.This application claims priority to US Provisional Application No. 60 / 080,078, filed March 31, 1998, which is incorporated by reference in its entirety.
이상과 같이 본 발명에 따른 특정 실시예가 도시되고 설명되었으나, 첨부된 클레임의 범위내에서 본 발명은 다양한 변형과 실시예들을 취할 수 있음이 분명하다. 예를 들어, 본 발명의 방법과 장치를 사용하여 온도구배를 조절함으로써 요변성 상태에서 다양한 금속이 가공될수 있다.While specific embodiments of the invention have been shown and described above, it is apparent that the invention can take various modifications and embodiments within the scope of the appended claims. For example, various metals can be processed in a thixotropic state by adjusting the temperature gradient using the method and apparatus of the present invention.
Claims (74)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US8007898P | 1998-03-31 | 1998-03-31 | |
US60/080,078 | 1998-03-31 | ||
US09/160,330 | 1998-09-25 |
Publications (2)
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